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Spinndüse und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Werkzeug zur Gewinnung von langgestreckten Körpern mit im Querschnitt unterschiedlicher Struktur zu schaffen. Ein solcher Körper kann aus beliebigem anorganischen, z. B. metallischen, oder organischen, z. B. hochmolekularen Werkstoff bestehen und beliebi- gen, z. B. faden- oder bandförmigen Querschnitt besitzen.
Als Beispiel für einen solchen langgestreckten Körper sei ein Draht erwähnt, dessen aus einem bestimmten Metall bestehender Kern mit einem Mantel aus anderem Metall oder aus Glas, Emaille od. dgl. umgeben ist. Vor allem ist aber an die Gewinnung-von Kunstfasern gedacht, die den mehrschichtigen Aufbau natürlicher Fasern aufweisen, auf dem bekanntlich zahlreiche günstige Eigenschaften der +Naturfasern beruhen, die den heute bekannten Kunstfasern noch mangeln.
Zur Erzeugung von zusammengesetzten Fäden ist bereits mehrfach vorgeschlagen worden, Spinndüsenkörper mit Speiseräumen für mehr als eine Spinnflüssigkeit zu verwenden und die aus den Speiseräumen austretenden Flüssigkeitsstrahlen entweder nebeneinander oder unter Ausnutzung des zentralen Düsensogs ineinander aus einfachen Düsen austreten zu lassen. Infolge der unvermeidlichen Unterschiede in den Fliesseigenschaften der verschiedenenspinnflüssigkeiten besitzen die gewonnenen Fäden zwangsläufig unregelmässige und insbesondere fadenlängs sich ändernde Querschnittsform, die sich als entsprechende Unregelmässigkeiten insbesondere der mechanischen Eigenschaften des fertigen Fadens auswirken und seine Weiterverarbeitung erschweren.
Weiters ist es bereits bekannt, Hohlfäden mit verfestigter Innenwand oder einem oder mehreren losen Kernfäden mit Hilfe einer aus drei gleichmittigen Rohren bestehenden und aus verschiedenen Speiseräumen gespeisten Einzeldüse herzustellen. Diese bekannten Düsen besitzen jedoch im Hinblick auf ihre technische Herstellungsweise vergleichsweise grosse und daher ungeeignete Abmessungen. Ausserdem sind diese Einzeldüsenaggregate wegen ihrer geringen Mengenleistung unwirtschaftlich.'
Die Erfindung hat sich n'in zum Ziel gesetzt, eine Spinndüse zu schaffen, durch deren Gestaltung bzw. Verwendbarkeit alle den bekannten Formen anhaftende Nachteile vermieden werden.
Sie geht dabei von einer Spinndüse der letzt erläuterten Art, also von einer Spinndüse mit wenigstens zwei koaxial angeordneten rohrförmigen Kanälen, wobei die einzelnen Kanäle an die jeweils zugehörigen Speiseräume eines Spinnkopfes anschliessbar sind, aus und zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass jedes der Düsenrohre, welche die einzelnen Kanäle voneinander trennen, an wenigstens einer örtlich begrenzten Stelle mit dem jeweils nächsten inneren und/oder äusseren Düsenrohr durch eine Materialbrücke zu einem einheitlichen Gebilde verbunden ist und dass gegebenenfalls die einzelnen Düsenrohre im Bereiche der Anschlussstellen an die Speiseräume einen verstärkten Querschnitt aufweisen.
Eine solche Spinndüse weist gegenüber den bekannten Düsen dieser Art einen einfacheren Aufbau und eine höhere Betriebssicherheit auf und kann mit bedeutend kleineren Abmessungen hergestellt werden. Weiters ist es möglich, eine Mehrzahl solcher Düsen in einen gemeinsamen Spinnkopf einzusetzen, wie dies bei Spinnköpfen mit einstufigen Düsen bereits bekannt ist. Mit der erfindungsgemässenDüse ist es also auf wirtschaftliche Art möglich, langgestreckte Körper der eingangs beschriebenen Art herzustellen, deren Querschnitt aus mit unterschiedlichen, aus den verschiedenen Speiseräumen stammenden Materia-
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lien erfüllten Zonen besteht.
Der Ausdruck "Spinnen" soll dabei nur als Kurzausdruck für das umfassende Prinzip der plastischen Verformung von Materialien unter Druck oder Zug, also neben dem "Spinnen" im engeren technologischen Sinne auch die Verfahren des Strangpressens oder -ziehens, des Spritz- oder Pressgusses usw. umfassen. Die Spinndüse nach der Erfindung ermöglicht fernerhin die individuelle Behandlung des z. B. aus dem mittleren Kanal austretenden Materialstranges durch flüssige oder gasförmige Medien, die aus dem oder den äusserenKanälen austreten, oder umgekehrt die Einlagerung einer flüssigen oder gasförmigen Seele in ein aus dem oder den äusseren Kanälen austretendes, sich verfestigendes Material.
Beispielsweise können im ersteren Falle besondere Oberflächeneigenschaften chemischer oder physikalischer Natur erzeugt und im zweiten Falle Hohlfäden hergestellt werden. Beispielsweise kann die Aussenhaut sogenannte antistatische Eigenschaften besitzen, d. h. sich bei Reibung nicht elektrisch aufladen, wie dies bei vielen bekannten Kunstfasern der Fall ist. Man kann sie auch beispielsweise farbstoffaffin, d. h. leicht anfärbbar machen. Weiters kann das über die andern Düsenrohre hinausragende, freie Ende des mittleren Düsenrohres so lang und nachgiebig ausgebildet werden, dass es Quer-und/oder Rotationsschwingungen ausführen kann.
Zur Erzeugung solcher Schwingungen dienen mechanische und insbesondere elektromagnetische Schwingungserreger an sich bekannter Bauart, die am Düsenaggregat oder in einem umgebenden Medium, z. B. im Fällbad, angeordnet sind. Mit solchen schwingenden Düsen können gekräuselte Fasern hergestellt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Düsenrohre wenigstens im Bereiche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anschlussstellen an den Spinnkopf z. B. durch gekrümmte Ausgestaltung längsnachgiebig ausgebildet. Diese Ausbildung ist deshalb zweckmässig, weil beim Zusammenschliessen des aus mehreren Teilen bestehendenSpinnkopfes infolge zu starken Zusammenpressens des zwischen den Teilen eingelegter Dichtungsmaterials eine axiale Verkürzung auftreten kann, die sich auf die Spinndüse stauchend auswirkt. Um anderseits zu verhindern, dass der auf die verformbare Dichtung ausgeübte Spanndruck sich in radialer Richtung auf das von ihr umschlossene Düsenrohr auswirkt und es schädlich zusammenstaucht, werden, wie bereits angeführt, die einzelnen Düsenrohre im Bereiche der Anschlussstellen mit einem verstärkten Querschnitt ausgestattet.
Weiters ist vorzugsweise die örtliche Verbindungsstelle wenigstens zweier Dusenrohre als schraubenlinienförmig verlaufende Rippe ausgebildet. Diese Form der Rippe ergibt einerseits eine fabrikatorische Erleichterung, wie sich aus der späteren Schilderung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung der Düsen klar ergibt, und anderseits den Vorteil, dass sich innerhalb des Düsenrohres, wenn überhaupt, nur geregelte, in axialer Richtung fo. tschreitende Turbulenzen und keine kurzer. Wirbel ausbilden können, die etwa die Querschnittsform des gebildeten Fadens schädlich beeinflussen könnten.
Aus dem gleichen Grunde erwies es sich erfindungsgemäss als zweckmässig, die Spinndüse derart auszugestalten, dass jeder Düsenkanal längs seiner axialen Erstreckung einen weiteren lichten Querschnitt besitzt, als im Vorbereich des Düsenmundes. Mit dem Begriff"Vorbereich des Düsenmundes" soll derjenige axiale Bereich des Düsenkanals kurz vor dem Düsenmund bezeichnet werden, der in Längserstreckung möglichst gleichförmigen Querschnitt und möglichst glatte Wandung besitzt und in dem die Strömung des Spinnmaterials vor dem Austritt aus dem Düsenmund gleichförmig wird. Hiedurch wird die Ausbildung eines in sich geschlossenen, gleichförmigen Materialstranges erreicht.
Ein weiteres Erfindungsziel besteht in der Ausbildung eines geeigneten Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemässen Spinndüse. Bei der Lösung dieser Aufgabe hat sich ergeben, dass es zweckmässig ist, von dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Düsen, bei welchem von einem elektrolytisch mit einem Metall hoher chemischer Widerstandsfähigkeit überzogenen Metalldraht geringerer chemischer Widerstandsfähigkeit ausgegangen und der Metalldraht in einem späteren Vertahrensschritt zwecks Düsen- kanalbildung entfernt wird, Gebrauch zu machen.
Erfindungsgemäss werden auf einen nach dem ersten Verfahrensschritt hergestellten Verbunddraht weitere dichte Schichten elektrolytisch aufgebracht, die abwechselnd aus Metall geringerer und hoher chemischer Widerstandsfähigkeit bestehen, wobei jede widerstandsschwache Metallschicht jeweils in schmalen Zonensegmenten entfernt wird, und gegebenenfalls nach dem Aufbringen der letzten, widerstandsstarken Metallschicht jede der widerstandsstarken Metallschichten entsprechend der Länge der einzelnen Düsenrohre, z. B. durch Abstechen durchteilt und das widerstandsschwache Material chemisch entfernt wird.
An Stelle der vorzugsweisen Benutzung von Metall als Baustoff beim Aufbau der Düsenkörper können auch Materialien anderer, anorganischer oder organischer Natur verwendet werden, die gegenüber form- ändernden Verarbeitungsvorgängen mechanischer, thermischer oder chemischer Art unterschiedliche Wi- derstandsfähigkeit besitzen.
Anderseits kann anstelle des elektrolytischen Metallauftrags auch jedes andere, eine dichte Schicht-
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struktur ergebende Metallisierungsverfahren, z. B. das sogenannte Schoop'sche Metallspritzverfahren, Metallaufdampfung, insbesondere im Hochvakuum, Metallniederschlagung durch thermische Zersetzung instabiler Metallverbindungen, z. B. Hydride, Carbonyle usw., verwendet werden.
Es ist ersichtlich, dass die metallischen Bestandteile der Einrichtung und insbesondere der Düsen durch geeignete metallurgische Verfahren vergütet oder sonstwie in ihren Eigenschaften nachträglich beeinflusst werden können.
Die Entfernung des widerstandsschwachen Metalls aus den schmalen Brückenzonen kann nach allen bekannten Verfahren der Metallbearbeitungen erfolgen. Beispielsweise kann ein spanabhebendes Werkzeug, z. B. Drehstahl, ein umlaufender, schleifmittelbesetzter Draht od. dgl. benutzt werden. Die Metallentfernung kann aber auch thermisch, z. B. durch örtliches Wegschmelzen oder chemisch, d. h. örtliches Fortätzen geschehen.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung werden zweckmässig die an Metallschichten geringer chemischer Widerstandsfähigkeit angrenzenden Grenzschichten des Metallkörpers mit höherer chemischer Widerstandsfähigkeit aus besonders hartem Metall, z. B. Iridium elektrolytisch hergestellt und/oder zumindest die widerstandsstarken Metallschichten durch schichtenweise Auftragen und zwischengeschaltete Polier- und Verdichtungsbehandlung erzeugt.
Da das oberhalb der Trennstelle befindliche widerstandsstarke Material abfällt, liegt es im Sinne der wirtschaftlichen Verbesserung der Erfindung, dass vor dem Aufbringen der zweiten und jeder weiteren widerstandsstarken Metallschicht die jeweils vorangehende Metallschicht in dem Längenbereich der über die Länge des jeweils zu erzeugenden Düsenrohres hinausgeht mit einer Isolierschicht abgedeckt wird, und dass die Isolierschicht schliesslich nach Aufbringen der letzten Materialschicht wieder entfernt wird.
Zwecks besseren Verständnisses der Erfindung werden nunmehr nachstehend einige Ausführungsbeispiele von Spinndüsen mit dem Merkmal der Erfindung beschrieben und an Hand beigefügter Zeichnungen dargestellt sein. Fernerhin werden auch einige Ausführungsbeispiele für das Herstellungsverfahren der mehrstufigen Düsenkörper durch Worte und Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen : Fig. 1 einen Spinnkopf mit eingebauten dreistufigen Spinndüsen, im Längsschnitt, Fig. 2 eine dreistufige Spinndüse, wie sie in dem Spinnkopf gemäss Fig. 1 eingebaut ist, in schematischem Längsschnitt, Fig. 2a einen Querschnitt durch die Spinndüse längs der Schnittebene a-a der Fig. 2, Fig. 2b einen Querschnitt durch die Spinndüse längs der Schnittebene b - b der Fig. 1, Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Spinnkopf gemäss Fig. l im Gebiet des Speiseraumesfür das innerste Düsenrohr in vielfach vergrö- ssertem Längsschnitt, Fig. 4 einen ähnlichen Ausschnitt aus dem Spinnkopf gemäss Fig. 1 im Gebiet des Speiseraumes für das mittlere Düsenrohr im Massstab der Fig. 3, Fig.
5 - 7 eine Ausführungsform des Zusammenbaues des Spinnkopfes in drei Arbeitsstufen, im Teilquerschnitt etwa im Massstab der Fig. 3, Fig. 8 - 9 eine abgewandelte Ausführungsform einer zum Einsatz vorbereiteten, dreistufigen Spinndüse in zwei Herstellungsstufen, in schematischem Längsschnitt, Fig. 10-19 verschiedene Arbeitsstufen des Aufbaues einer dreistufigen Spinndüse ähnlich Fig. 2 in schematischem Längsschnitt, Fig. 20 eine Elektrolysieranlage zur Herstellung von Düsenkörpern, in schematischem Längsschnitt, Fig. 21 einen Spinnkopf mit eingebauten, dreistufigen Spinndüsen, im Längsschnitt längs der Linie b - b der Fig. 22, Fig. 22 einen Querschnitt durch den Spinnkopf längs der Linie a-a der Fig. 21, Fig.
23 eine schematische Darstellung des Aufbaues eines Spinnkopfes in gegenüber Fig. 21 vergrössertem Massstab im Längsschnitt, Fig. 24 einen Querschnitt längs der Linie a-a der Fig. 23, Fig. 25 eine schematische Darstellung des Aufbaues einer andern Ausführungsform eines Spinnkopfes ähnlich Fig. 23, im Längsschnitt, Fig. 26 eine schematische Darstellung des Aufbaues einer noch andern Ausführungsform eines Spinnkopfes ähnlich Fig. 23 im Längsschnitt, Fig. 27 eine schematische Darstellung des Aufbaues einer weiteren Ausführungsform eines Spinnkopfes ähnlich Fig 23, im Längsschnitt, Fig. 28 eine schematische Darstellung des Aufbaues einer wiederum andern Ausführungsform eines Spinnkopfes, im Längsschnitt gemäss Linie d-d - d der Fig. 29, und Fig. 29 einen Querschnitt längs der Linie c - c der Fig. 28.
Zunächst soll die Herstellung bzw. die Ausbildung einer Spinndüse nach der Erfindung beschrieben werden.
In den Figuren 2,2a und 2b ist eine Ausführungsform einer dreistufigen Spinndüse mit den Merkmalen der Erfindung, in schematischem Schnitt, dargestellt. Die Spinndüse besteht aus Hartgold. Das innere Düsenrohr Di hat die grösste Länge. Es wird von lem etwas kürzeren mittleren Düsenrohr Dm umhüllt, das, wie insbesondere aus Fig. 2a ersichtlich ist, zumindest im Gebiet eines Höhenabschnittes materialein- heitlich mit dem inneren Düsenrohr Di verbunden ist. Das mittlere Düsenrohr ist seinerseits von dem äusseren Düsenrohr Da umgeben, das wiederum etwa kürzer wie das mittlere Düsenrohr Dm ist und mit ihm, wie aus Fig. 2b ersichtlich ist, zumindest in einem Höhenabschnitt materialeinheitlich verbunden
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ist.
In dem in Fig. 2b abgebildeten Querschnitt sind im übrigen auch das mittlere Düsenrohr Dm und das innere Düsenrohr Di nochmals an zwei Stellen miteinander verbunden, die gegenüber der Verbindungsstelle gemäss Fig. 2a um 90 radial versetzt sind. Die lichte Weite der Düsenrohre hängt davon ab, welche Querschnittsdimension das Spinnerzeugnis haben soll. Brauchbare Textilfasern wurden beispielsweise mit Düsen gewonnen, bei denen das innere Düsenrohr eine lichte Weite von zo eine Materialstärke von 10 p, und die beiden äusseren Düsenrohre jeweils eine Ringbreite von 20 li und eine Materialstärke ebenfalls von 20 it besitzen.
Die Fig. 10 - 19 dienen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen dreistufigen Spinndüse, dessen Eigenart darin besteht, dass der Schichtauftrag ausschliesslich elektrolytisch erfolgt und demgemäss nur metallischer Werkstoff zur Anwendung kommt.
Als nur während des Düsenaufbaues benutztes und schliesslich wieder entferntes Hilfsmaterial dient Kupfer oder Silber, während als Werkstoff für die Spinndüse Hartgold (750 TI Au und 250 Tl Ag) verwendet wird.
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an späterer Stelle im Zusammenhang mit der Fig. 20 berichtet. Die Hartgoldschicht ihrerseits wird wieder elektrolytisch mit einer 20 je dicken Kupfer- oder Silberschicht 12 (Fig. 12) bedeckt.
Nun wird durch spanabnehmende Werkzeuge (Schleifscheibe, Fräser, Bohrer) in gewissen, durch die Längsdimension der endgültigen Spinndüse vorgegebenen Bereichen die zuletzt aufgebrachte Weichmetallschicht 12 und vorzugsweise auch etwas der darunterliegenden Hartmetallschicht 11 segmentförmig fortgenommen, so dass, wie dies aus den Fig. 13,13a bzw. 13', 13a' ersichtlich ist, eine rund oder eckig begrenzte Kerbe entsteht. An den eingeschnürten Stellen 13 bzw. 13'liegt also die Hartmetallschicht 11 frei. Nunmehr wird eine weitere Ringschicht 14 (Fig. 14) aus Hartmetall wiederum in einer Dicke von rund 20 bol galvanisch aufgebracht, die sich an den Einschnürungsstellen 13 materialeinheitlich mit der inneren Hartmetallschicht 11 verbindet.
Das Halbfabrikat gemäss Fig. 14 hat also an den Einschndrungsstellen einen Querschnitt, wie er in Fig. 2a dargestellt ist.
Im nächsten Arbeitsgang wird der obere Teil des bisher entstandenen Düsenhalbfabrikates gemäss Fig. 15 bis etwa unterhalb der Verbindungsstelle der Hartmetallschichten mit einem nichtmetallischen und gegen die Elektrolysierflüssigkeit beständigen Überzug 15 versehen. Auf den freibleibenden Teil der Hartmetallschicht 14 wird dann eine Weichmetallschicht 16 von 20 je Ringdicke elektrolytisch aufgebracht (Fig. 16), und diese Schicht wird in einem durch die gewünschte Bauhöhe des äusseren Düsenrohres vorgegebenen Höhenabschnitt bei 11 (Fig. 17) ebenso segmentförmig abgetragen, wie es bezüglich der Aussparung 13 im Zusammenhang mit den Fig. 13, 13a, 13'und 13a'näher erläutert worden ist.
Anschliessend wird, wiederum auf elektrolyrischem Wege, die letzte, äussere Diisenrohrschicht 18 (Fig. 18) in einer Stärke von etwa 20 p aufgebracht.
Die so elektrolytisch aufgebaute Spinndüse ist in Fig. 19 nochmals mit allen Schichten dargestellt.
Sie wird auf einer Präzisionsdrehbank mit Hilfe eines mikrometrisch verstellbaren, spanabhebenden Werkzeuges, z. B. Drehstahl oder Drehdiamant, an den Stellen 19 und 20 bis zu bestimmter Tiefe abgestochen. Die Einstechtiefe am Ort 19 wird so bemessen, dass die Lackschicht 15 und die Hartmetallschicht 14 vollständig durchtrennt, die innerste Hartmetallschicht 11 jedoch nicht beschädigt wird. Da zwischen den Hartmetallschichten 14 und 11 die Weichmetallschicht 12 liegt, macht die Durchführung dieses Arbeitganges keine Schwierigkeit.
Am Ort des Einstichs 20 wird nur die äusserste Hartmetallschicht 18 durchtrennt, die beiden andern Hartmetallschichten 14 und 11 dagegen bleiben unbeschädigt. Auch hier hilft die zwischen den Hartmetallschichten 18 und 14 befindliche Weichmetallschicht 16 als Sicherheitszone für das Einstichwerkzeug.
Anschliessend wird die Spinndüse durch Schneiden, Sägen oder Abstechen bei 21 und 22 auf die zum Einbau richtigen Masse gebracht und anschliessend einer chemischen Behandlung unterworfen, durch die die Schutzschicht 15 und alles Weichmetallmaterial, nämlich die Schichten 10, 12 und 16 fortgelöst werden. Hiezu hat sich siedende zuge Salpetersäure als geeignet erwiesen. Durch die Dampfentwicklung im siedenden Lösungsmittel und notfalls durch Anwendung von Vakuum wird dafür gesorgt, dass ständig frisches Lösungsmittel in die Düsenräume, die im Laufe des Herauslösungsprozesses immer tiefer werden, eindringt.
So entsteht schliesslich die in Fig. 2 dargestellte, einsatzfertige Spinndüse mit den drei Düsenrohren Di, Dm und Da.
In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Spinnkopfes, bei dem die erfindungsgemässen Düsen ver-
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wendbar sind, im Längsschnitt dargestellt. Der Spinnkopf besitzt einen rotationssymmetrischen Aufbau, ist aus säurefeste Chromnickelstahl aufgebaut und besteht aus einem vierteiligen Trägerkörper 23, den drei Abschlussringen 24 und dem Verteileraufsatz 25.
Der Trägerkörper 23 besteht aus vier ineinanderpassenden Rotationskörpern 23b - 23e von kegelförmigem Längsschnitt, von denen der innerste Teil 23b einen Vollkegel und die weiter aussen liegenden Teile 23c - 23e Hohlkegel darstellen.
Die vier Kegelkörper lassen zwischen sich drei Kanäle 23i, 23m und 23a frei, die als Spinnmaterialzuführungsleitungen dienen. Die vier Kegelkörper werden vorzugsweise aufeinander aufgeschrumpft und durch Distanzbolzen 26 in ihrer gegeseitigen, Lage fixiert. Die Ringkanäle 23i, 23m und 23a enden auf der Aussenseite des Trägerkörpers 23 in tangential anschliessenden Ringnuten von halbkreisförmigem Querschnitt. Rings um den Umfang des Trägerkörpers 23 verteilt sind fernerhin eine Vielzahl von in Richtung je einer Mantellinie verlaufenden Nuten vorgesehen, die je zur Aufnahme einer der früher beschriebenen, mehrstufigen Spinndüsen D dienen. Entsprechende Ringkanäle von ebenfalls halbkreisförmigem Querschnitt sind auf der Innenseite der Abschlussringe 24 vorgesehen.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Mehrzahl von mehrstufigen Spinndüsen am Umfange des Trägerkörpers 23 zu haltern.
Die Fig. 3 und 4 zeigen in stark vergrössertem Massstabe den vorstehend beschriebenen Aufbau für das innerste Düsenrohr Di (Fig. 3) und das mittlere Düsenrohr Dm (Fig. 4).
In den Fig. 5 - 7 sind, ebenfalls in vergrössertem Massstabe, die Vorgänge beim Einsetzen einer Spinndüse zeichnerisch dargestellt. Die Spinndüse D wird im Gebiet zwischen zwei inneren Kanalöffnungen, d. h. praktisch im Gebiet der früher beschriebenen Einschnürungen des jeweils äusserstenDüsenrohres, mit einer Kittsubstanz 27 umgeben, die beispielsweise aus einem Phosphatzement besteht, wie er in der Dentaltechnik üblich ist, und dann mit Hilfe eines schneidenförmigen Werkzeugs 28 in die Mantelnut des Trägerkörpers 23 eingesetzt. Die über den Mantel des Trägerkörpers 23 hinausragende Kittmasse wird, vorzugsweise mit einem Teil des Mantelkörpers 23, abgeschliffen, und die Abschlussringe 24 werden aufgeschrumpft.
Der Kittauftrag wird natürlich so bemessen, dass die vorerwähnten Aussparungen von kreisförmigem Querschnitt um die inneren Düsenöffnungen Di, Dm, Da herum nicht zugesetzt werden. Um zu verhindern, dass die Düsen sich beim Einsetzen der Düsenkörper mit Kittresten usw. zusetzen, werden sie vorzugsweise je durch eine chemisch leicht zerstörbare Abdeckung 29, beispielsweise aus Lack verschlossen. Diese abschliessenden Lackhäubchen werden nach Fertigstellung des Spinnkopfes durch geeignete Lösungsmittel oder chemische Zersetzungsmittel wieder beseitigt.
Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, wird vorzugsweise die Eintrittsöffnung des jeweiligen Düsenrohres etwa in die Mitte des Ringkanals von kreisförmigem Querschnitt verlegt. Es bildet sich dann bei der Spinnmaterialförderung eine Zirkularströmung aus, die ein Zusetzen der engen Düsenrohre durch Verunreinigungen der Spinnmasse sowie strukturschädigende Materialstauungen weitgehend hintanhält. Ein weiterer Vorteil des Ringkanals liegt darin, dass die Düsenöffnungen nicht genau in der Ebene der Zuführungsleitungen 23i, 23m bzw. 23a angeordnet werden müssen.
Es ist ersichtlich, dass die Spinndüsen D an der Austrittsseite über die Abschlussfläche des Trägerkörpers 23 hinausragen können, um eine Adhäsion des aus dem äusseren Düsenkanal ausströmenden Spinnmaterials an der Spinnkopfvorderfläche und dadurch verursachte Fadenunregelmässigkeilen zu vermeiden, s. z. B. Fig. 21. Wenn jedoch der äussere Düsenkanal mit Gas oder einer nicht faserbildenden Flüssigkeit beschickt wird, brauchen die Spinndüsenköpfe nicht über die Spinnkopfvorderseite hinauszuragen.
Es empfiehlt sich, die fertige Spinndüse D vor dem Einsetzen in den Trägerkörper 23'mit einer leicht entfernbaren, mechanisch widerstandsfähigen Substanz, z. B. Kunststoff, oder durch schwaches, säurezerstörbares Metall auszufüllen, um ein Zerdrücken des formlabilen Düsenkörpers beim Ansetzen an den Trägerkörper zu vermeiden.
Die Kittsubstanz 27 kann auch aus Metall bestehen, das beispielsweise elektrolytisch aufgetragen wird.
Die Herstellung einer solchen metallischen, u. zw. aus einer porösen, dicken Goldschicht bestehenden Kittmasse ist in denFig. 8 und 9 schematisch erläutert. Die Spinndüse D wird zunächst ebenso wie bei dem früher beschriebenen Beispiel im Gebiet der inneren Düsenöffnungen mit Lackhäubchen 2 9 versehen und auf der übrigen freien metallischen Aussenseite auf elektrolytischem Wege mit Weichgoldflanschen 30 versehen. Das bei der früheren Herstellung des Hartmetallkörpers erforderliche Polieren zwischen aufeinanderfolgenden Elektrolysegängen kann praktisch fortfallen, da eine Porösität der Weichgoldschicht nicht stört.
Die so vorbereiteten Spinndüsen werden in gleicher Weise, wie es früher für die mit Kittsubstanz umkleideten Düsen beschrieben ist, zwischen Trägerkörper 23 und Abschlussringe 24 eingefügt.
Der weiter oben beschriebene Verteileraufsatz 25 (Fig. 1) besitzt Zuführungsleitungen 31 und ringförmige Ausfräsungen 32, die nach dem Aufsetzen des Teils 25 auf den Trägerkörper 23 in die Ringkanäle 23i 23m bzw. 23a einmünden. Die Teile 25 und 23 werden vorzugsweise miteinander verflanscht.
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In der Fig. 20 ist eine einfache Elektrolysierapparatur schematisch dargestellt. Die früher erwähnten, als innerste Hilfsseele 10 dienenden Kupfer- und Silberdrahtenden werden in einen metallischen, mit einem ringförmigen Auflageflansch versehenen Haltekopf 32 eingelötet. Mehrere solcher mit Draht bestückte Halteköpfe 32 werden in eine Lochplatte 33 eingesetzt, welche ihrerseits wieder auf die bügelförmige Kathode 34 aufgelegt wird. Das elektrolytisch aufzutragende Material bildet die Anoden 35. Die Elektrolyse wird zweckmässig periodisch unterbrochen und die gebildete Schicht mit Hilfe von Korund und/oder Diamantstaub verdichtet und auf Hochglanz poliert. Eine etwa erforderliche Entfettung wird in an sich bekannter Weise mit Hilfe alkalischer Zyankalilösung bewirkt.
Natürlich kann Polieren und Schichtverdichten auch durch Behandlung der vorübergehend aus ihren Halteköpfen 32 entfernten Drähte in Trommeln oder Rollapparaturen erfolgen. Es ist fernerhin möglich, die mit den Weichmetallschichten in Berührung kommenden Schichten des Hartmetalls, die also beim fertigen Düsenkörper die freien, mit dem Spinnmaterial in Berührung kommenden Oberflächen darstellen, durch geeignete Elektrolysierbäder als besonders harte, jedoch sehr dünne Grenzschicht, beispielsweise aus Iridium, auszubilden.
Es ist ersichtlich, dass an Stelle der vorstehend beschriebenen einfachen und periodisch arbeitenden Apparatur an sich bekannte, kc-ntinuierlich arbeitende Einrichtungen mit Erfolg anwendbar sind.
Erwähnt sei noch, dass Trägerkörper 23 und Verteileraufsatz 25 nicht nur aus Metall, sondern auch aus anderem Werkstoff, insbesondere organischer Natur, hergestellt werden konnen. Voraussetzung ist selbstverständlich, dass sich der gewählte Werkstoff gegenüber dem mit ihm in Berührung kommenden Spinnmaterial neutral verhält. Dieses ist beispielsweise bei gasförmiger Spinnsubstanz, die für die Gewinnung von Hohlfasern benötigt wird, ohne weiteres der Fall.
Die Erfindung ist nicht auf mehrstufige Spinndüsen mit gleichmittiger Anordnung der einzelnen Düsenstufen beschränkt, sondern betrifft auch Düsen mit exzentrisch angeordneten Teildüsen. Ebenso liegt es im Sinne der Erfindung, zumindest eine Düsenstufe aus einer Vielzahl von Düsenrohren zusammenzusetzen. Insbesondere kann die innerste Düsenstufe durch gleichzeitige Ummantelung einer Mehrzahl von Kerndrähten hergestellt werden.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass es bei der Herstellung von Spinnfasern, deren Kern zumindest im Zeitpunkt der Entstehung eine geringere Formfestigkeit bzw. höhere Zusammendrückbarkeit als die sie umhüllende Schicht aufweist, was z. B. insbesondere für Hohlfasern gilt, zweckmässig ist, in dem die Kernsubstanz liefernden Düsenrohr einen Strömungswiderstand aufrechtzuerhalten, dessen Grösse die am Düsenmund von der Aussenhülle her ausgeübten Rückdruckkräfte weit übersteigt. Im einfachsten Ausführungsfall wird das innere Düsenrohr sehr lang und sehr eng ausgestaltet.
Der in Fig. 21 im Längs-und inFig. 22 im Querschnitt dargestellte Spinnkopf weist als Hauptbestand- teile die Trägerabschnitte ti, tnl, ta, tk und eine Mehrzahl von dreistufigen Spinndüsen d gleicher Ausgestaltung auf.
Die Abschnitte besitzen eine solche Form im Längsschnitt, dass sie im Sinne der Erfindung ineinanderzugreifen vermögen. Die beiden mittleren Trägerabschnitte tm und ta besitzen praktisch gleiche Gestalt. Auf ihrer Unterseite befindet sich eine zentrale Ausdrehung 1 mit etwa keglig begrenztem Boden und einem an die Ausdrehung sich anschliessenden und unter die Unterfläche hinausragenden Ringstutzen 2.
Auf der Oberseite besitzen sie einen zentralen Zapfen 3 und um diesen herum eine Ringnut 4. Der Aussendurchmesser des Zapfens 3 entspricht dabei dem Innendurchmesser der Bodenausdrehung 1 und der Querschnitt der Ringnut 4 dem Querschnitt des Bodenstutzens 2 mit so grosser Genauigkeit, dass diese paarigen Teile beim Aneinanderstecken der beiden Abschnitte mit genauem Passsitz ineinandergreifen. Die Tiefe der Ringnuten 4 ist dabei um soviel grösser als die Höhe des in sie hineinpassenden Ringstutzens 2, dass in den Ringraum 4 eine Dichtung 5 eingefügt werden kann. Der obere Trägerabschnitt ti ist auf seiner Oberseite glatt und besitzt nur auf der Unterseite die Ausdrehung 1 und den Ringstutzen 2.
Der untere Träger- abschnitt tk anderseits besitzt nur auf der Oberseite den zentralen Zapfen 3 und die Ringnut 4, während seine Unterseite im allgemeinen glattflächig ausgestaltet ist. Bei dem in Fig. 21 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt sie eine flache, ausgedehnte Ausdrehung 6, aus der die Mundstücke der Spinndüsen d herausragen.
Die mehrstufigen Spinndüsen d besitzen einen gleichartigen Aufbau, wie er beispielsweise aus Fig. 23 ersichtlich ist. Das innere Düsenrohr di hat die grösste Länge. Es wird von dem etwas kürzeren, mittleren
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das wiederum etwas kürzer als das mittlere Düsenrohr ist. Die Längen der einzelnen Düsenrohre di, dm und da sind dabei so auf die Ausmasse der Trägerabschnitte ti, m'ta und tk abgestimmt, dass ihre oberen Enden je bis in den Bereich der Ausdrehungen 1 der ihnen zugeordneten Trägerabschnitte hineinreichen.
Die Trägerabschnitte besitzen entsprechend angeordnete Durchbohrungen für den Durchtritt der Düsenroh-
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re, wobei ebenfalls auf möglichst genaue Passung geachtet wird.
Die Düsenrohre sind im Sinne des früheren Beispiels untereinander zumindest in einer Zone materiell überbrückt, damit sie ihre vorgeschriebene, gegenseitige Ausrichtung auch dann behalten, wenn sie beim Zusammenbau des Spinndüsenkopfes mechanischen Belastungen unterworfen werden. Solche Überbrückungen sind beispielsweise in Fig. 23 mit 7 bezeichnet.
Der Zusammenbau des Spinndüsenkopfes erfolgt in der Weise, dass die Spinndüsen in den untersten Trägerabschnitt tk eingesetzt und danach einander jeweils eine Dichtung 5 und ein weiterer Trägerab-
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den ist. Dann werden die Spannschrauben 8 eingesetzt und in üblicher Weise gleichmässig angezogen.
Hiedurch werden die'Dichtungen 5, die aus verformbarem, entsprechend chemisch widerstandsfähigem Material, z. B. Weichgold, Blei od. dgl. bestehen, plastisch deformiert und dringen, soweit dies überhaupt möglich ist, in die feinen Ringspalten zwischen den ineinandergreifenden Trägerteilen ein, so dass eine völlige Abdichtung entsteht. Um Längsstauchungen auf die Düsenrohre möglichst zu vermeiden, kann auch nach jedem Auffädeln eines weiteren Trägerabschnittes die vorher eingebrachte oberste Dichtung mittels einer Vorrichtung vorgepresst werden. Das Anziehen der Spannschrauben am Schluss ergibt dann nur noch minimale Längsverschiebungen.
An Stelle einer vorgeformten Dichtung kann auch nach dem Aufstecken eines Trägerteils auf die Düsengruppe ungeformtes Dichtungsmaterial in die Abdichtungsnut solcher Beschaffenheit eingeLracht werden, dass es sich zumindest beim Zusammenschliessen des Spinnkopfes zu einer den freien. Abdichtungsraum poren-und lückenfrei ausfüllenden Masse vereinigt. Beispielsweise kann das Dichtungsmaterial in geschmolzenem Zustande eingetragen werden. Die Verwendung von ungeformtem Dichtungsmaterial ist vor allem dann zweckmässig, wenn der Spinnkopf mehrkernige oder eng benachbarte Düsen aufweist. Aber auch das Schmelzen vorher aufgefädelter grob vorgebohrter"Tabletten"ist möglich.
Die in Fig. 25 dargestellte Spinndüse unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 23 dadurch, dass die Düsenrohre di, da und d jeweils in der Zone 51, die im zusammengebauten Zustande im Gebiet der Dichtung 5 liegt, eine grössere Wandstärke besitzen, durch die die radiale Druckfestigkeit dieser mechanisch besonders stark beanspruchten Zone erhöht wird. Die Randverstärkung wird durch zusätzlichen, z. B. elektrolytischen Metallauftrag erzeugt. Die Eigenart der in Fig. 26 dargestellten Spinndüse besteht darin, dass die Düsenrohre im Gebiet 52 zwischen zwei Dichtungen 5 eine leichte Bogenkrümmung aufweisen.
Diese Bogen wirken wie die in der Rohrleitungstechnik üblichen Ausgleichskrüm- mer, indem sie axialen Kräften durch Vergrösserung oder Verkleinerung des Krümmungsradius unter entsprechender Verlängerung oder Verkürzung des zwischen den Dichtungen 5 eingespannten Rohrteils nachgeben.
In Fig. 27 ist eine Ausführungsform einer mehrstufigen Spinndüse dargestellt, deren Besonderheit darin besteht, dass die zur Lagensicherung der ineinandersteckenden Düsenrohre di, da und dm dienenden Materialbrücken zu einer wendelförmigen Rippe 71 vereinigt sind. Die hiedurch erzielten, baulichen und betrieblichen Vorteile sind an früherer Stelle erörtert worden.
Die Eigenart der in Fig. 28 und 29 dargestellten Spinndüse besteht darin, dass sie drei Kerndüsenrohre di, in dreiecksymmetrischer Anordnung innerhalb eines mittleren Düsenrohres dm, aufweist, das selbst wiederum von dem äusseren Düsenrohr da, umhüllt ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Düsenrohre di, dm und da, zonenweise durch Materialbrücken 72 miteinander verbunden.
Der zur Kennzeichnung der Erfindung benutzte Ausdruck"Vorbereich vor dem Düsenmund" gilt für die in Fig. 28 dargestellte Zone dv der Spinndüse, die, in Strömungsrichtung des Spinnmaterials gesehen, vor der Austrittsebene M der Spinndüse liegt und aus glattwandigen Rohrabschnitten besteht, deren lichter Querschnitt jeweils kleiner als die lichten Querschnitte des betreff enden Düsenrohrs einschliesslich der Eng- pässe im Bereich der Materialbrücken ist. Die Zone dv muss genau zentrisch ausgestaltet sein und darf diese Eigenschaft nicht verlieren, wenn die unterste Dichtung zusammengepresst wird. Deshalb ist die unterste Überbrückungszone vorzugsweise in allen Rohrstufen eines komplexen Düsenrohrs besonders sorgfältig und druckfest, z.
B. durch mehrfache Überbrückungen, ausgestaltet.
Wie insbesondere aus Fig. 21 erkennbar ist, ist die axiale Länge der zentralen Ausdrehungen 1 der Trägerabschnitte ti, tm und ta grösser als die der in sie hineinragenden Zapfen 3 der darunter befindlichen Trägerabschnitte t, ta und t.. Infolgedessen bleibt beim Zusammenschliessen zweier solcher Trä-
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rials im Bereich des Düsenrohreintritts zu erzielen, ist die Ausdrehung 1 entsprechend geformt und endet beispielsweise über einen kurzen, engen Kanal sk in einem Ringkanal sr von etwa kreisförmigem Axial-
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spielsweise gusstechnisch oder sintertechnisch hergestellt werden. Bei drehtechnischer Erzeugung besteht der Trägerabschnitt vorzugsweise aus zwei zusammengepassten, kegeligen Einzelteilen aufeinander geschliffener Kegelflächen.
Die Zuführung der Spinnmaterialien zu den Speiseräumen erfolgt durch seitliche Anschlussbohrungen zit zm und za.
Die vorstehende Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen dient nur zum besseren Verständnis der Erfindung, die nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Spinndüse mit wenigstens zwei koaxial angeordneten rohrförmigen Kanälen zur Herstellung von zusammengesetzten oder hohlen Fäden, wobei die einzelnen Kanäle an die jeweils zugehörigen Speiseräume eines Spinnkopfes anschliessbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Düsenrohre, welche die einzelnen Kanäle voneinander trennen, an wenigstens einer örtlich begrenzten Stelle mit dem jeweils nächst inneren und/oder äusseren Düsenrohr durch eine Materialbrücke zu einem einheitlichen Gebilde verbunden ist und dass gegebenenfalls die einzelnen Düsenrohre im Bereiche der Anschlussstellen an die Speiseräume einen verstärkten Querschnitt aufweisen.
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Spinneret and process for its manufacture
The invention is based on the object of creating a tool for the production of elongated bodies with a structure that differs in cross section. Such a body can be made of any inorganic, e.g. B. metallic, or organic, e.g. B. high molecular weight material and any, z. B. have thread or ribbon-shaped cross-section.
As an example of such an elongated body, a wire may be mentioned whose core, which consists of a certain metal, is surrounded by a jacket made of other metal or of glass, enamel or the like. Above all, however, the production of synthetic fibers is intended, which have the multilayered structure of natural fibers, on which, as is well known, numerous beneficial properties of the + natural fibers are based, which the synthetic fibers still lacking today.
To produce composite threads, it has already been proposed several times to use spinneret bodies with feeding spaces for more than one spinning liquid and to let the jets of liquid emerging from the feeding spaces emerge from simple nozzles either side by side or by utilizing the central nozzle suction. As a result of the unavoidable differences in the flow properties of the various spinning liquids, the threads obtained inevitably have an irregular cross-sectional shape that changes in particular along the length of the thread, which act as corresponding irregularities, particularly in the mechanical properties of the finished thread, and make further processing difficult.
Furthermore, it is already known to produce hollow fibers with a solidified inner wall or one or more loose core threads with the aid of a single nozzle consisting of three equally centered tubes and fed from different dining rooms. These known nozzles, however, have comparatively large and therefore unsuitable dimensions with regard to their technical production method. In addition, these individual nozzle units are uneconomical because of their low volume output. '
The invention has set itself the goal of creating a spinneret whose design or usability avoids all the disadvantages inherent in the known shapes.
It is based on a spinneret of the type just explained, that is, from a spinneret with at least two coaxially arranged tubular channels, the individual channels being connectable to the respective associated dining rooms of a spinning head, and is characterized primarily by the fact that each of the nozzle tubes which separate the individual channels from one another, is connected to the next inner and / or outer nozzle pipe by a material bridge to form a uniform structure at at least one localized point and that, if necessary, the individual nozzle pipes have a reinforced cross section in the areas of the connection points to the dining rooms .
Compared to the known nozzles of this type, such a spinneret has a simpler structure and greater operational reliability and can be manufactured with significantly smaller dimensions. It is also possible to use a plurality of such nozzles in a common spinning head, as is already known in the case of spinning heads with single-stage nozzles. With the nozzle according to the invention it is thus possible in an economical way to produce elongated bodies of the type described at the beginning, the cross-section of which is made of different materials originating from the different dining rooms.
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lien fulfilled zones.
The term "spinning" is only intended as a short term for the comprehensive principle of plastic deformation of materials under pressure or tension, i.e. in addition to "spinning" in the narrower technological sense, also the processes of extrusion or drawing, injection or pressure casting, etc. include. The spinneret according to the invention also allows the individual treatment of z. B. exiting from the central channel through liquid or gaseous media exiting from the outer channel or channels, or conversely, the embedding of a liquid or gaseous core in a solidifying material emerging from the outer channel or channels.
For example, in the first case, special surface properties of a chemical or physical nature can be produced and in the second case hollow fibers can be produced. For example, the outer skin can have so-called antistatic properties, i. H. do not become electrically charged when there is friction, as is the case with many known synthetic fibers. You can also, for example, dye-affine, d. H. make it easy to dye. Furthermore, the free end of the central nozzle tube protruding beyond the other nozzle tubes can be made so long and flexible that it can execute transverse and / or rotational vibrations.
To generate such vibrations, mechanical and, in particular, electromagnetic vibration exciters of known design are used, which are mounted on the nozzle unit or in a surrounding medium, e.g. B. in the precipitation bath, are arranged. With such vibrating nozzles, curled fibers can be produced.
According to a further feature of the invention, the nozzle tubes are at least in the area between two successive connection points to the spinning head z. B. formed longitudinally flexible by a curved design. This design is expedient because when the spinning head consisting of several parts is closed, an axial shortening can occur due to excessive compression of the sealing material inserted between the parts, which has a compressive effect on the spinneret. On the other hand, in order to prevent the clamping pressure exerted on the deformable seal from affecting the nozzle pipe enclosed by it in the radial direction and damaging it, the individual nozzle pipes are equipped with a reinforced cross-section in the area of the connection points, as already mentioned.
Furthermore, the local connection point of at least two nozzle pipes is preferably designed as a helically extending rib. On the one hand, this shape of the rib makes manufacturing easier, as will be clear from the later description of the method according to the invention for manufacturing the nozzles, and, on the other hand, the advantage that within the nozzle tube, if at all, only regulated, axial direction fo. marching turbulence and no short one. Can form eddies that could have a detrimental effect on the cross-sectional shape of the thread formed.
For the same reason it has proven to be expedient according to the invention to design the spinneret in such a way that each nozzle channel has a wider clear cross section along its axial extension than in the area in front of the nozzle mouth. The term "in front of the nozzle mouth" is intended to denote that axial region of the nozzle channel shortly before the nozzle mouth which has a longitudinally uniform cross-section and as smooth a wall as possible and in which the flow of the spinning material becomes uniform before it exits the nozzle mouth. This results in the formation of a self-contained, uniform strand of material.
Another aim of the invention is to develop a suitable method for producing the spinneret according to the invention. In solving this problem, it has been found that it is expedient to start from the known method for producing nozzles, in which a metal wire of lower chemical resistance is electrolytically coated with a metal of high chemical resistance and the metal wire is used in a later process step for the purpose of nozzle- channeling is removed to make use of.
According to the invention, further dense layers are electrolytically applied to a composite wire produced according to the first process step, which alternately consist of metal of low and high chemical resistance, with each low-resistance metal layer being removed in narrow zone segments, and optionally after the application of the last, high-resistance metal layer, each of the Resistant metal layers according to the length of the individual nozzle pipes, e.g. B. divided by parting and the low-resistance material is chemically removed.
Instead of the preferred use of metal as a building material in the construction of the nozzle body, materials of a different, inorganic or organic nature can also be used, which have different resistance to shape-changing processing operations of a mechanical, thermal or chemical nature.
On the other hand, instead of electrolytic metal deposition, any other, dense layer
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structure-yielding metallization processes, e.g. B. the so-called Schoop's metal spraying process, metal vapor deposition, especially in a high vacuum, metal deposition through thermal decomposition of unstable metal compounds, e.g. B. hydrides, carbonyls, etc. can be used.
It can be seen that the metallic components of the device and in particular of the nozzles can be tempered by suitable metallurgical processes or their properties can be influenced in some other way.
The removal of the low-resistance metal from the narrow bridge zones can be carried out using any known metalworking method. For example, a cutting tool, e.g. B. turning tool, a rotating, abrasive-occupied wire od. Like. Can be used. The metal removal can also be done thermally, e.g. B. by local melting away or chemically, d. H. local etching happen.
According to further features of the invention, the boundary layers of the metal body adjoining metal layers of low chemical resistance with higher chemical resistance are expediently made of particularly hard metal, e.g. B. iridium produced electrolytically and / or at least the high-resistance metal layers produced by application of layers and interposed polishing and compression treatment.
Since the high-resistance material located above the separation point falls off, it is in the interests of the economic improvement of the invention that, before the application of the second and each further high-resistance metal layer, the respective preceding metal layer in the length range extends beyond the length of the nozzle pipe to be produced with a The insulating layer is covered, and that the insulating layer is finally removed again after the last layer of material has been applied.
For the purpose of a better understanding of the invention, some exemplary embodiments of spinnerets with the feature of the invention will now be described below and illustrated with reference to the accompanying drawings. Furthermore, some exemplary embodiments for the production method of the multi-stage nozzle body will also be explained in more detail by means of words and drawings.
1 shows a spinning head with built-in three-stage spinneret, in longitudinal section, FIG. 2 shows a three-stage spinneret as it is installed in the spinning head according to FIG. 1, in schematic longitudinal section, FIG. 2a shows a cross-section through the spinneret along the cutting plane aa of Fig. 2, Fig. 2b shows a cross section through the spinneret along the sectional plane b - b of Fig. 1, Fig. 3 shows a detail from the spinning head according to Fig. 1 in the area of the dining area for the innermost nozzle tube in a longitudinal section enlarged many times FIG. 4 shows a similar section from the spinning head according to FIG. 1 in the area of the dining area for the central nozzle tube on the scale of FIG. 3, FIG.
5-7 an embodiment of the assembly of the spinning head in three working stages, in partial cross-section approximately on the scale of FIG. 3, FIGS. 8-9 a modified embodiment of a three-stage spinneret prepared for use in two production stages, in a schematic longitudinal section, FIG. 19 different work stages of the construction of a three-stage spinneret similar to FIG. 2 in a schematic longitudinal section, FIG. 20 an electrolysis system for the production of nozzle bodies, in a schematic longitudinal section, FIG. 21 a spinning head with built-in three-stage spinnerets, in a longitudinal section along the line b - b of the 22, 22 show a cross section through the spinning head along the line aa in FIG. 21, FIG.
23 a schematic representation of the structure of a spinning head on a scale enlarged compared to FIG. 21 in longitudinal section, FIG. 24 a cross section along the line aa in FIG. 23, FIG. 25 a schematic representation of the structure of another embodiment of a spinning head similar to FIG. 23, in longitudinal section, FIG. 26 a schematic representation of the structure of yet another embodiment of a spinning head similar to FIG. 23 in longitudinal section, FIG. 27 a schematic representation of the structure of a further embodiment of a spinning head similar to FIG. 23, in longitudinal section, FIG. 28 a schematic representation the structure of yet another embodiment of a spinning head, in a longitudinal section along the line dd - d in FIG. 29, and FIG. 29 shows a cross section along the line c - c in FIG.
First of all, the production or the design of a spinneret according to the invention will be described.
In FIGS. 2, 2a and 2b, an embodiment of a three-stage spinneret with the features of the invention is shown in a schematic section. The spinneret is made of hard gold. The inner nozzle tube Di has the greatest length. It is encased by a somewhat shorter central nozzle pipe Dm which, as can be seen in particular from FIG. 2a, is connected to the inner nozzle pipe Di in the same material at least in the area of a vertical section. The middle nozzle tube is in turn surrounded by the outer nozzle tube Da, which in turn is approximately shorter than the middle nozzle tube Dm and, as can be seen from FIG. 2b, is connected to it with the same material at least in a height section
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is.
In the cross section shown in FIG. 2b, the middle nozzle pipe Dm and the inner nozzle pipe Di are also connected to one another again at two points which are radially offset by 90 compared to the connection point according to FIG. 2a. The clear width of the nozzle tubes depends on the cross-sectional dimension the spinning product is to have. Usable textile fibers were obtained, for example, with nozzles in which the inner nozzle tube has a clear width of zo a material thickness of 10 p, and the two outer nozzle tubes each have a ring width of 20 li and a material thickness of 20 it.
10-19 serve to explain a method for producing such a three-stage spinneret, the characteristic of which is that the layer is applied exclusively electrolytically and accordingly only metallic material is used.
Copper or silver is used as an auxiliary material that is only used during the nozzle assembly and is finally removed, while hard gold (750 TI Au and 250 Tl Ag) is used as the material for the spinneret.
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reported later in connection with FIG. The hard gold layer, for its part, is electrolytically covered again with a copper or silver layer 12 (FIG. 12) which is thick each time.
Now the last applied soft metal layer 12 and preferably also some of the hard metal layer 11 underneath is removed segment-shaped by chip-removing tools (grinding wheel, milling cutter, drill) in certain areas predetermined by the longitudinal dimension of the final spinneret, so that, as shown in FIG. 13, 13a or 13 ', 13a' can be seen, a round or square notch is created. The hard metal layer 11 is therefore exposed at the constricted points 13 or 13 ′. Now a further ring layer 14 (FIG. 14) made of hard metal is again applied by electroplating to a thickness of around 20 bol, which connects to the inner hard metal layer 11 in a uniform manner at the constriction points 13.
The semi-finished product according to FIG. 14 therefore has a cross section at the points of constriction as shown in FIG. 2a.
In the next working step, the upper part of the nozzle half-product according to FIG. 15 is provided with a non-metallic coating 15 which is resistant to the electrolysis liquid up to approximately below the connection point of the hard metal layers. A soft metal layer 16 of 20 per ring thickness is then electrolytically applied to the remaining part of the hard metal layer 14 (Fig. 16), and this layer is also removed in segments in a height section at 11 (Fig. 17) predetermined by the desired height of the outer nozzle tube, as has been explained in more detail with regard to the recess 13 in connection with FIGS. 13, 13a, 13 'and 13a'.
Then, again by electrolysis, the last, outer iron pipe layer 18 (FIG. 18) is applied to a thickness of about 20 p.
The spinneret so electrolytically constructed is shown again in FIG. 19 with all layers.
It is made on a precision lathe with the help of a micrometrically adjustable, cutting tool, e.g. B. turning steel or turning diamond, cut off at points 19 and 20 to a certain depth. The penetration depth at the location 19 is dimensioned such that the lacquer layer 15 and the hard metal layer 14 are completely severed, but the innermost hard metal layer 11 is not damaged. Since the soft metal layer 12 lies between the hard metal layers 14 and 11, this operation does not present any difficulty.
At the location of the recess 20 only the outermost hard metal layer 18 is severed, the other two hard metal layers 14 and 11, on the other hand, remain undamaged. Here too, the soft metal layer 16 located between the hard metal layers 18 and 14 helps as a safety zone for the piercing tool.
The spinneret is then cut, sawed or parted off at 21 and 22 to the correct mass for installation and then subjected to a chemical treatment by which the protective layer 15 and all soft metal material, namely the layers 10, 12 and 16, are removed. Boiling added nitric acid has proven suitable for this purpose. The development of steam in the boiling solvent and, if necessary, the application of a vacuum ensures that fresh solvent constantly penetrates the nozzle spaces, which become deeper and deeper in the course of the leaching process.
This finally creates the ready-to-use spinneret shown in FIG. 2 with the three nozzle tubes Di, Dm and Da.
1 shows an embodiment of a spinning head in which the nozzles according to the invention are
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are reversible, shown in longitudinal section. The spinning head has a rotationally symmetrical structure, is made of acid-resistant chromium-nickel steel and consists of a four-part carrier body 23, the three end rings 24 and the distributor attachment 25.
The carrier body 23 consists of four nested rotating bodies 23b-23e with a conical longitudinal section, of which the innermost part 23b is a full cone and the further outward parts 23c-23e are hollow cones.
The four cone bodies leave three channels 23i, 23m and 23a free, which serve as spinning material feed lines. The four cone bodies are preferably shrunk onto one another and fixed in their mutual position by spacer bolts 26. The annular channels 23i, 23m and 23a end on the outside of the support body 23 in tangentially adjoining annular grooves of semicircular cross-section. Furthermore, distributed around the circumference of the carrier body 23, a plurality of grooves each running in the direction of a surface line are provided, each of which serves to accommodate one of the multi-stage spinnerets D described earlier. Corresponding ring channels, also of semicircular cross-section, are provided on the inside of the end rings 24.
In this way, it is possible to hold a plurality of multi-stage spinnerets on the circumference of the carrier body 23.
3 and 4 show, on a greatly enlarged scale, the structure described above for the innermost nozzle tube Di (FIG. 3) and the middle nozzle tube Dm (FIG. 4).
In FIGS. 5-7, also on a larger scale, the processes during the insertion of a spinneret are shown in the drawing. The spinneret D is located in the area between two inner channel openings, i.e. H. practically in the area of the previously described constrictions of the outermost nozzle tube in each case, surrounded by a cement substance 27, which consists, for example, of a phosphate cement, as is customary in dental technology, and then inserted into the casing groove of the carrier body 23 with the aid of a knife-edge tool 28. The cement mass protruding beyond the jacket of the carrier body 23 is sanded off, preferably with a part of the jacket body 23, and the end rings 24 are shrunk on.
The amount of cement applied is of course such that the aforementioned recesses of circular cross-section around the inner nozzle openings Di, Dm, Da are not clogged. In order to prevent the nozzles from becoming clogged with cement residue etc. when the nozzle bodies are inserted, they are preferably each closed by a chemically easily destructible cover 29, for example made of paint. These final lacquer hoods are removed again after completion of the spinning head using suitable solvents or chemical decomposition agents.
As can be seen in particular from FIGS. 3 and 4, the inlet opening of the respective nozzle tube is preferably relocated approximately in the center of the annular channel of circular cross section. When the spinning material is conveyed, a circular flow is then formed, which largely prevents the narrow nozzle pipes from clogging up due to contamination of the spinning material and structurally damaging material congestion. Another advantage of the ring channel is that the nozzle openings do not have to be arranged exactly in the plane of the supply lines 23i, 23m or 23a.
It can be seen that the spinning nozzles D on the outlet side can protrude beyond the end surface of the carrier body 23 in order to avoid adhesion of the spinning material flowing out of the outer nozzle channel to the spinning head front surface and the resulting irregular thread wedges, s. z. B. Fig. 21. However, if the outer nozzle channel is charged with gas or a non-fiber-forming liquid, the spinneret heads need not protrude beyond the front of the spinneret.
It is advisable to coat the finished spinneret D with an easily removable, mechanically resistant substance, e.g. B. plastic, or filled with weak, acid-destructible metal in order to avoid crushing the unstable nozzle body when attaching to the support body.
The cement substance 27 can also consist of metal, which is applied electrolytically, for example.
The production of such a metallic, u. between a porous, thick gold layer consisting of putty is in theFig. 8 and 9 explained schematically. As in the example described earlier, the spinneret D is initially provided with lacquer hoods 29 in the area of the inner nozzle openings and provided with soft gold flanges 30 on the remaining free metallic outside by electrolytic means. The polishing between successive electrolysis processes, which was required in the earlier manufacture of the hard metal body, can practically be omitted, since the porosity of the soft gold layer does not interfere.
The spinning nozzles prepared in this way are inserted between the carrier body 23 and the end rings 24 in the same way as described earlier for the nozzles covered with cement substance.
The distributor attachment 25 (FIG. 1) described above has supply lines 31 and annular milled recesses 32 which, after the part 25 has been placed on the support body 23, open into the annular channels 23i, 23m and 23a. The parts 25 and 23 are preferably flanged together.
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A simple electrolyzing apparatus is shown schematically in FIG. The copper and silver wire ends mentioned earlier and serving as the innermost auxiliary core 10 are soldered into a metal holding head 32 provided with an annular support flange. Several such holding heads 32 equipped with wire are inserted into a perforated plate 33, which in turn is placed on the bow-shaped cathode 34 again. The material to be electrolytically applied forms the anodes 35. The electrolysis is expediently interrupted periodically and the layer formed is compacted with the aid of corundum and / or diamond dust and polished to a high gloss. Any necessary degreasing is effected in a manner known per se with the help of alkaline potassium cyanide solution.
Of course, polishing and layer compaction can also be done by treating the wires temporarily removed from their holding heads 32 in drums or roller apparatus. It is also possible to use suitable electrolyzing baths to form the hard metal layers that come into contact with the soft metal layers, i.e. the free surfaces that come into contact with the spinning material in the finished nozzle body, as a particularly hard but very thin boundary layer, for example made of iridium .
It can be seen that, instead of the simple and periodically operating apparatus described above, known, continuously operating devices can be successfully used.
It should also be mentioned that the carrier body 23 and distributor attachment 25 can be made not only of metal, but also of other material, in particular of an organic nature. The prerequisite is of course that the selected material behaves neutrally in relation to the spinning material that comes into contact with it. This is easily the case, for example, with gaseous spinning substance which is required for the production of hollow fibers.
The invention is not limited to multi-stage spinnerets with the individual nozzle stages arranged in the same center, but also relates to nozzles with eccentrically arranged partial nozzles. It is also within the meaning of the invention to assemble at least one nozzle stage from a plurality of nozzle pipes. In particular, the innermost nozzle stage can be produced by simultaneously sheathing a plurality of core wires.
Experience has shown that in the production of staple fibers, the core of which, at least at the time of formation, has a lower dimensional stability or higher compressibility than the layer surrounding it, which z. B. especially applies to hollow fibers, it is expedient to maintain a flow resistance in the nozzle tube supplying the core substance, the size of which far exceeds the back pressure forces exerted at the nozzle mouth from the outer shell. In the simplest embodiment, the inner nozzle tube is designed to be very long and very narrow.
The in Fig. 21 in the longitudinal and inFig. 22, the spinning head shown in cross section has, as main components, the carrier sections ti, tnl, ta, tk and a plurality of three-stage spinnerets d of the same design.
The sections have such a shape in longitudinal section that they are able to interlock within the meaning of the invention. The two middle support sections tm and ta have practically the same shape. On its underside there is a central recess 1 with an approximately conical base and an annular connector 2 adjoining the recess and protruding below the undersurface.
On the top they have a central pin 3 and around this an annular groove 4. The outer diameter of the pin 3 corresponds to the inner diameter of the bottom recess 1 and the cross section of the annular groove 4 the cross section of the bottom nozzle 2 with such great accuracy that these paired parts when Plug the two sections together with a precise fit. The depth of the annular grooves 4 is so much greater than the height of the annular connector 2 that fits into them that a seal 5 can be inserted into the annular space 4. The upper support section ti is smooth on its upper side and only has the recess 1 and the annular socket 2 on the lower side.
The lower carrier section tk, on the other hand, has the central pin 3 and the annular groove 4 only on the upper side, while its lower side is generally designed with a smooth surface. In the embodiment shown in FIG. 21, it has a flat, extensive recess 6 from which the mouthpieces of the spinnerets d protrude.
The multi-stage spinnerets d have a similar structure, as can be seen, for example, from FIG. The inner nozzle tube di has the greatest length. It is made from the slightly shorter, medium one
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which in turn is slightly shorter than the middle nozzle tube. The lengths of the individual nozzle pipes di, dm and da are matched to the dimensions of the carrier sections ti, m'ta and tk so that their upper ends each extend into the area of the recesses 1 of the carrier sections assigned to them.
The carrier sections have correspondingly arranged through-holes for the passage of the nozzle pipe
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re, also paying attention to the most precise fit possible.
In the sense of the earlier example, the nozzle tubes are materially bridged with one another at least in one zone so that they retain their prescribed mutual alignment even if they are subjected to mechanical loads during the assembly of the spinneret head. Such bridges are designated by 7 in FIG. 23, for example.
The assembly of the spinneret head takes place in such a way that the spinnerets are inserted into the lowermost carrier section tk and then a seal 5 and a further carrier ab-
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that is. Then the tensioning screws 8 are inserted and tightened evenly in the usual way.
As a result, the seals 5, which are made of deformable, correspondingly chemically resistant material, e.g. B. soft gold, lead or the like. Are plastically deformed and penetrate, as far as this is possible at all, into the fine annular gaps between the interlocking support parts, so that a complete seal is created. In order to avoid longitudinal upsets on the nozzle pipes as far as possible, the uppermost seal previously introduced can also be pre-pressed by means of a device after each threading of a further carrier section. Tightening the clamping screws at the end results in only minimal longitudinal shifts.
Instead of a preformed seal, even after a carrier part has been slipped onto the nozzle group, unshaped sealing material can be introduced into the sealing groove in such a manner that it becomes at least one of the free ones when the spinning head is closed. Sealing space unified pore and gap-free filling mass. For example, the sealing material can be introduced in a molten state. The use of unshaped sealing material is particularly useful when the spinning head has multi-core or closely spaced nozzles. But it is also possible to melt pre-threaded, roughly pre-drilled "tablets".
The spinneret shown in FIG. 25 differs from the embodiment according to FIG. 23 in that the nozzle tubes di, da and d each have a greater wall thickness in the zone 51, which in the assembled state lies in the area of the seal 5 the radial compressive strength of this mechanically particularly heavily stressed zone is increased. The edge reinforcement is provided by additional, e.g. B. generated electrolytic metal deposition. The peculiarity of the spinneret shown in FIG. 26 is that the nozzle tubes in the area 52 between two seals 5 have a slight arched curvature.
These bends act like the equalizing elbows customary in pipeline technology in that they yield to axial forces by increasing or decreasing the radius of curvature with a corresponding lengthening or shortening of the pipe part clamped between the seals 5.
In FIG. 27, an embodiment of a multi-stage spinneret is shown, the specialty of which is that the material bridges serving to secure the positions of the nozzle tubes di, da and dm are combined to form a helical rib 71. The structural and operational advantages achieved in this way have been discussed earlier.
The peculiarity of the spinneret shown in FIGS. 28 and 29 is that it has three core nozzle tubes di, in a triangular symmetrical arrangement within a central nozzle tube dm, which in turn is enveloped by the outer nozzle tube da. In this embodiment too, the nozzle pipes di, dm and da are connected to one another in zones by material bridges 72.
The expression "area in front of the nozzle mouth" used to characterize the invention applies to the zone dv of the spinneret shown in FIG is in each case smaller than the clear cross-sections of the relevant nozzle tube including the bottlenecks in the area of the material bridges. The zone dv must be designed exactly centric and must not lose this property when the bottom seal is pressed together. Therefore, the lowest bridging zone is preferably particularly careful and pressure-resistant in all pipe stages of a complex nozzle pipe, e.g.
B. designed by multiple bridges.
As can be seen in particular from FIG. 21, the axial length of the central recesses 1 of the carrier sections ti, tm and ta is greater than that of the pins 3 of the carrier sections t, ta and t located underneath them protruding into them Weary
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To achieve rials in the area of the nozzle pipe inlet, the recess 1 is shaped accordingly and ends, for example, via a short, narrow channel sk in an annular channel sr of approximately circular axial
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for example, can be produced by casting or sintering. In the case of rotary production, the carrier section preferably consists of two matched, conical individual parts of conical surfaces ground on one another.
The spinning materials are fed to the dining rooms through lateral connection bores zit zm and za.
The above description of some preferred embodiments only serves to provide a better understanding of the invention, which is not restricted to these examples.
PATENT CLAIMS;
1. Spinneret with at least two coaxially arranged tubular channels for the production of composite or hollow threads, wherein the individual channels can be connected to the respective associated dining rooms of a spinning head, characterized in that each of the nozzle tubes, which separate the individual channels from each other, at least one locally limited point is connected to the next inner and / or outer nozzle pipe by a material bridge to form a uniform structure and that, if necessary, the individual nozzle pipes in the area of the connection points to the dining rooms have a reinforced cross section.